【摘 要】
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托卡马克中除反应物氢以外,其余各种粒子被称为杂质,按照相对原子质量大小分为轻杂质与重杂质。轻杂质在放电过程中均会引起氢燃料的稀释以及等离子体辐射损失的增加。研究表明壁处理技术中的放电清洗技术可以有效降低托卡马克中轻杂质的含量,因此放电清洗技术的使用对提升托卡马克放电性能有着至关重要的作用。本文以JTEXT托卡马克装置为实验平台,对放电清洗清除杂质效果以及放电清洗产生等离子体的具体参数展开了实验研究
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托卡马克中除反应物氢以外,其余各种粒子被称为杂质,按照相对原子质量大小分为轻杂质与重杂质。轻杂质在放电过程中均会引起氢燃料的稀释以及等离子体辐射损失的增加。研究表明壁处理技术中的放电清洗技术可以有效降低托卡马克中轻杂质的含量,因此放电清洗技术的使用对提升托卡马克放电性能有着至关重要的作用。本文以JTEXT托卡马克装置为实验平台,对放电清洗清除杂质效果以及放电清洗产生等离子体的具体参数展开了实验研究。首先,通过建立一套主真空室以外的差分抽气系统,主要由真空室,抽气机组和测量元件组成,用于监测主真空室内各气体分压强的变化。在进行氢气辉光放电清洗以及泰勒放电清洗时,通过使用差分抽气系统监测到了各气体分压强的变化,从而确定了放电清洗对轻杂质有明显的清除效果。通过对比发现在J-TEXT上使用泰勒放电清洗对杂质的清除效果更明显。在工程测试期间,检测到放电破裂后各杂质分压强以及氢气压强均明显升高,并且破裂前等离子体电流越大以及持续时间越长对杂质的清除效果越明显,证明了放电破裂也对轻杂质有明显的清除效果。并且放电破裂可以去除大量吸附在装置第一壁上的氢,使放电产生等离子体的密度易于控制。另外,验证了氦气泰勒放电清洗也可以起到清除氢的作用。最后通过监测J-TEXT中每日清晨各气体分压强,从宏观上证实了放电清洗和工程测试阶段的放电破裂对轻杂质具有良好的清除效果。此外,利用J-TEXT上现有的静电探针,磁探针以及可见光辐射诊断对氢气和氦气放电清洗产生等离子体电子温度,电子密度,等离子体电流,环电压,碳辐射,氢辐射进行了测量并计算了产生等离子体的功率,对比了改变放电清洗参数时放电清洗产生的等离子体参数的变化。并且测量了放电参数改变后各气体分压强的变化情况,探究了放电等离子体参数与放电清洗效果的联系。该实验表明氢气和氦气放电清洗具有最适宜的工作气压,工作电压以及纵场强度。
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